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高速水声通信系统设计与仿真

余卉  
【摘要】:水声通信技术最初应用于军事领域,在国防上具有重大的战略意义,最近十几年随着人类对海洋资源的不断开发和利用显示了水声通信广阔的民用、商用前景。实现水下高速率数据传输一直是水声通信科研人员研究的热点之一。 早期研究表明声传播损失和海水吸收使得水声信道带宽和信号传播距离受到极大的限制,另外,水声信道典型的时变多途衰落特性决定了在过去很长的一段时间内,水声通信系统只能采用降低码速率、非相干解调、频率调制的方式来实现可靠通信。正交频分复用(OFDM)技术由于具有频谱利用率高和较强的抗多径干扰能力,并且作为一种多载波调制技术,可以实现高速率数据通信而为高速率水声通信带来希望。 本文围绕OFDM的IFFT/FFT实现以及OFDM应用于水声通信系统的部分关键技术展开讨论与研究。主要工作包括:对OFDM原理进行详细阐述;分析了保护间隔如何对抗多径干扰,给出了两种常见的保护间隔形式,并对它们的优缺点进行了比较;讨论了四种基于IFFT/FFT实现OFDM系统模型,对比它们实现起来的复杂性及系统的传输效率;重点研究了信道估计技术,首先介绍了几种常见导频结构,接着对导频子载波处信道估计分别采用LS准则和MMSE准则进行估计,对比了两种算法的均方误差值和给系统带来的误码率,然后讨论了几种插值算法来估计数据子载波处的信道响应值,对这些算法进行仿真并对比分析结果;最后给出了OFDM水声通信系统的整体性能仿真结果和分析。


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